徑深比為2的圓柱腔內(nèi)具有正浮力比的雙組分溶液rayleighb233;nard對流三維數(shù)值模擬

1、徑深比為2的圓柱腔內(nèi)具有正浮力比的雙組分溶液RayleighBnard對流三維數(shù)值模擬重慶大學碩士學位論文（學術(shù)學位）學生姓名：李炳威指導教師：李友榮教授專業(yè)：動力工程及工程熱物理學科門類：工科重慶大學動力工程學院二O一三年五月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要在溫度梯度和濃度梯度共同作用下的雙擴散對流系統(tǒng)內(nèi)會出現(xiàn)多種穩(wěn)定的流動結(jié)構(gòu)，對于這些穩(wěn)定流動結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展規(guī)律以及系統(tǒng)分岔結(jié)構(gòu)的研究，有助于了解多種自然現(xiàn)象，如海洋洋流的形成、受

2、污染空氣的流動等，同時也可為晶體制備、化學氣體沉積與干燥等工業(yè)生產(chǎn)過程的控制與改進提供理論依據(jù)。本文采用有限容積法對徑深比為2的封閉圓柱腔中，垂直溫度梯度和濃度梯度作用下的雙組分溶液RayleighBnard對流進行了三維數(shù)值模擬，分析了質(zhì)量分數(shù)為10%的異丙醇水溶液在不同的浮力比條件下流動型態(tài)的多樣性、分岔結(jié)構(gòu)以及各種穩(wěn)定流型的演變，確定了各種流型的穩(wěn)定存在范圍。結(jié)果表明，(1)在雙組分溶液RayleighBnard對流中，由于施加了

3、與溫度梯度作用方向相同的濃度梯度，使得系統(tǒng)更加容易從導熱態(tài)失穩(wěn)而產(chǎn)生對流運動。對流運動產(chǎn)生的臨界Rayleigh(Ra)數(shù)隨著浮力比的增大而減小。(2)在三個不同的浮力比條件下，均發(fā)現(xiàn)多種穩(wěn)態(tài)流型在相同Ra數(shù)下共存的現(xiàn)象。隨著浮力比N的增加，系統(tǒng)出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)流型逐漸減少，在純流體中比較常見的穩(wěn)態(tài)二渦卷、三渦卷和四渦卷等流型逐漸消失，并出現(xiàn)了一些混合流體中特有的穩(wěn)定流型。(3)各種穩(wěn)態(tài)流動結(jié)構(gòu)的形成以及演變除了受到系統(tǒng)參數(shù)的影響外，還受到初

4、始條件以及流型演變歷史的影響，而且，在穩(wěn)定流型的轉(zhuǎn)變過程中，也會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。(4)對于浮力比N=0.5和N=1的兩種情況，由于濃度梯度的作用，系統(tǒng)在失穩(wěn)產(chǎn)生對流運動之后會先經(jīng)歷一段非穩(wěn)態(tài)流動，然后才進入穩(wěn)定對流狀態(tài)。當一種穩(wěn)定流型隨著Ra數(shù)變化轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌麕追N不同的流型時，在轉(zhuǎn)變的不同流型之間的臨界點附近會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，這個振蕩的Ra數(shù)范圍不僅受到流型本身的影響，還受到流型所經(jīng)歷過的演變歷史的影響。在N=0的情況下則未發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象。(5